2022高考物理微專題24　實驗：研究勻變速直線運動　實驗：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

1、微專題24實驗：研究勻變速直線運動實驗：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1用紙帶法求瞬時速度vn.2.逐差法求加速度a.3.研究a、F、M三個量的關(guān)系：控制變量法，數(shù)據(jù)處理，圖像法.4.研究a與M的關(guān)系：化曲為直的方法，常作a圖像.5.研究a與F、M的關(guān)系，需滿足的兩個條件：(1)平衡摩擦力；(2)mM.1(2020全國名校11月大聯(lián)考)在研究勻變速直線運動的實驗中，如圖1所示為記錄小車一次運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的記數(shù)點，相鄰記數(shù)點間有4個點未標(biāo)出，設(shè)A點為計時起點(電源頻率為50 Hz)圖1(1)由圖判斷小車做_運動(2)C點的瞬時速度vC_m/s；小車的加速度a_

2、m/s2.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(3)為了計算加速度，最合理的方法是_A根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖，量出其傾角，由公式atan 求出加速度B根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度用公式a算出加速度C依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度D根據(jù)數(shù)據(jù)畫出vt圖，由圖線上相距較遠的兩點所對應(yīng)的速度、時間，用公式a算出加速度答案(1)勻加速(2)1.326.28(3)D解析(1)由圖可知xAB3.80 cm、xBC10.00 cm、xCD16.30 cm、xDE22.60 cm，可認為在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量，則小車做勻加速直線運動；(2)C點的瞬時速度等于BD間的平均速度，則有：v

3、C m/s1.32 m/s根據(jù)xaT2可得，小車的加速度：a m/s26.28 m/s2.(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖像，當(dāng)縱坐標(biāo)取不同的標(biāo)度時，圖像的傾角就會不同，所以量出其傾角，用公式atan 算出的數(shù)值并不一定是加速度，故A錯誤；在處理實驗數(shù)據(jù)時，如果只使用其中兩個數(shù)據(jù)，由于偶然誤差的存在可能會造成最后誤差較大；所以我們可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖像，考慮到誤差，不可能是所有點都整齊地排成一條直線，連線時，應(yīng)該盡量使那些不能畫在線上的點均勻地分布在線的兩側(cè)，這樣圖線上會舍棄誤差較大的點，由圖線上相距較遠的兩點所對應(yīng)的速度及時間，用公式a算出加速度，所以誤差小，故B錯誤，D正確；C中所述方法

4、是不合理的，因為依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度再算出平均值，實質(zhì)還是僅用了兩個計數(shù)點的速度，偶然誤差較大，故C錯誤2(2020四川眉山市三診)如圖2甲(側(cè)視圖只畫了一個小車)所示的實驗裝置可以用來驗證“牛頓第二定律”兩個相同的小車放在光滑水平桌面上，右端各系一條細繩，跨過定滑輪各掛一個相同的小盤，增減盤中的砝碼可改變小車受到的合外力，增減車上的砝碼可改變小車的質(zhì)量兩車左端各系一條細線，用一個黑板擦把兩細線同時按在固定、粗糙的水平墊片上，使小車靜止(如圖乙)拿起黑板擦兩車同時運動，在兩車尚未碰到滑輪前，迅速按下黑板擦，兩車立刻停止，測出兩車在此過程中位移的大小圖2圖丙為某同學(xué)在驗證“合外力不

5、變，加速度與質(zhì)量成反比”時的某次實驗記錄，已測得小車1的總質(zhì)量m1100 g，小車2的總質(zhì)量m2200 g由圖可讀出小車1的位移x15.00 cm，小車2的位移x2_ cm，可以算出_(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，_(選填“大于”“小于”或“等于”)答案2.45(2.432.47均可)2.04(2.022.06均可)等于解析刻度尺最小分度為0.1 cm，則小車2的位移為x22.45 cm，由于誤差，2.432.47 cm均可由于小車都是做初速度為零的勻加速運動，根據(jù)xat2可知，由于時間相同，則有2.04，由于讀數(shù)誤差，則2.022.06均可由題意可知2，故在誤差允許范圍內(nèi)

6、.3(2020貴州貴陽市四校聯(lián)考)為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖3所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為d，光電門間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問題：圖3(1)若取M0.4 kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是_Am5 gBm15 gCm40 g Dm400 g(2)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度，其中求得的加速度a的表達式為：_.(用t1、t2、d、x表示)(3)為了減少實

7、驗誤差，可以采取的措施是_A適當(dāng)增大擋光片寬度dB適當(dāng)減小擋光片寬度dC滑塊釋放時應(yīng)盡量靠近光電門G1D適當(dāng)增大滑塊釋放點與光電門G1間的距離答案(1)D(2)a(3)BD解析(1)本實驗無法精確測量細繩的拉力得到滑行器所受的合外力，則需要用砝碼的重力近似替代，而條件是要求mM，故A、B、C項的砝碼質(zhì)量較小滿足條件，D項的m400 g不滿足近似替代的條件，故最不合適的質(zhì)量選D.(2)由光電門測速度原理可得兩個位置的瞬時速度為v1，v2，由勻變速直線運動的規(guī)律v22v122ax，聯(lián)立可得a(3)滑行器通過光電門的時間越短，平均速度越能接近代替瞬時速度，則應(yīng)適當(dāng)減小擋光片寬度d，故A錯誤，B正確；

8、測量勻變速運動的位移時，運動快一點，位移長一些，能適當(dāng)減小測量產(chǎn)生的偶然誤差，故C錯誤，D正確4(2020天津市部分區(qū)期末)某實驗小組利用圖4甲所示的裝置進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，鉤碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由打點計時器打出的點計算出：(1)實驗時，某同學(xué)沒有進行平衡摩擦力這一步驟，他將每組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點、畫線得到aF圖像可能是圖乙中的_(選填“A”“B”“C”)圖線圖4(2)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是_A實驗時應(yīng)先釋放小車后接通電源B小車質(zhì)量應(yīng)遠遠大于鉤碼的質(zhì)量C每次改變小車質(zhì)量時，都應(yīng)重新平衡摩擦力D平衡摩擦力時，應(yīng)將鉤碼用細線繞過定滑

9、輪系在小車上E小車運動的加速度可用天平測出m和M，直接用公式a求出(3)如圖丙為本實驗中得到的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.10 s，由該紙帶可求得小車的加速度a_m/s2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)A(2)B(3)0.50 解析(1)當(dāng)沒有進行平衡摩擦力時，小車所受的拉力到達某一值時小車才開始加速運動，則得到的圖像應(yīng)該是A所示；(2)實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車，選項A錯誤；小車質(zhì)量應(yīng)遠遠大于鉤碼的質(zhì)量，這樣才能認為鉤碼的重力等于小車的牽引力，選項B正確；每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力，選項C錯誤；平衡摩擦力時，不將鉤碼用細線繞過定滑輪系在小車上，而

10、是只讓小車拖著紙帶在木板上勻速運動，選項D錯誤；小車運動的加速度要從紙帶中算出，不能用公式a求出，選項E錯誤(3)由xaT2，其中x0.5 cm，則a m/s20.50 m/s2.5(2020海南省新高考3月診斷)用圖5甲所示裝置探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗前調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行，已經(jīng)平衡了摩擦力g9.8 m/s2.甲乙圖5(1)實驗時保持小車(含車中砝碼)的質(zhì)量M不變，用打點計時器測出小車運動的加速度a.圖乙為懸掛一個鉤碼后實驗中打出紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間均有4個點跡未標(biāo)出，測得各計

11、數(shù)點到A點的距離如圖乙所示已知所用電源的頻率為50 Hz，則小車的加速度大小a_ m/s2.若懸掛鉤碼的質(zhì)量為50 g，把懸掛的鉤碼和小車(含車中砝碼)看成一個整體，則小車(含車中砝碼)的質(zhì)量M_ kg.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)實驗時保持懸掛鉤碼的質(zhì)量m不變，在小車上增加砝碼，改變小車的質(zhì)量，得到對應(yīng)的加速度，若用加速度作為縱軸，小車(含車中砝碼)的質(zhì)量用M表示，為得到線性圖像，則橫軸代表的物理量為_A小車(含車中砝碼)的質(zhì)量MB小車(含車中砝碼)的質(zhì)量與懸掛鉤碼的質(zhì)量之和mMC小車(含車中砝碼)的質(zhì)量與懸掛鉤碼的質(zhì)量之和的倒數(shù)D懸掛鉤碼質(zhì)量的倒數(shù)答案(1)0.930.48(2)C解析

12、(1)已知打點計時器所用電源頻率為50 Hz，則紙帶上相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T50.02 s0.1 s根據(jù)xaT2可得xCExACa2小車運動的加速度為a m/s20.93 m/s2即小車的加速度大小為0.93 m/s2.根據(jù)牛頓第二定律可得0059.8 N0.93 m/s2(M0.05 kg)解得M0.48 kg，即小車的質(zhì)量為0.48 kg.(2)根據(jù)牛頓第二定律可得mg(Mm)a解得amg，故為了得到線性圖像應(yīng)作a圖像，故C符合題意，A、B、D不符合題意6(2020安徽蕪湖市模擬)如圖6甲所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置，數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量及小車和

13、砝碼的質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系圖鉤碼的質(zhì)量為m1，小車和砝碼的質(zhì)量為m2，重力加速度為g.圖6(1)下列說法正確的是_A每次在小車上增減砝碼時，應(yīng)重新平衡摩擦力 B實驗時若用打點計時器，則應(yīng)先釋放小車后接通電源 C本實驗 m2應(yīng)遠小于m1 D在用圖像探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)作a圖像(2)實驗時，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若軌道水平，他測量得到的a圖像如圖乙，設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，則小車與木板間的動摩擦因數(shù)_，鉤碼的質(zhì)量m1_.(3)實驗中打出的紙帶如圖7所示相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，圖中長度單位是cm，由此可以算出小車運動的加速度是_ m/s2.圖7答案(1)D(2)

14、(3)0.46解析(1)小車與長木板間的粗糙情況與小車的質(zhì)量無關(guān)，所以在同一個實驗中，每次改變小車的質(zhì)量，不需要重新平衡摩擦力，故A錯誤；實驗時應(yīng)先接通電源，后釋放小車，故B錯誤；根據(jù)牛頓第二定律可得系統(tǒng)的加速度a，則繩子的拉力Fm2a，故鉤碼的質(zhì)量m1遠小于小車和砝碼的質(zhì)量m2時，繩子的拉力才等于鉤碼的重力，故C錯誤；由牛頓第二定律可知aF，當(dāng)F一定時，a與成正比，所以應(yīng)作出a圖像，故D正確(2)根據(jù)牛頓第二定律可知m1gm2gm2a，整理可得a，結(jié)合a圖像有k，b，故鉤碼的質(zhì)量為m1，小車與木板間的動摩擦因數(shù)為.(3)設(shè)x11.24 cm，x42.62 cm，則x4x13at2，化簡可得a

15、102 m/s20.46 m/s2.7(2020河南信陽市第一次質(zhì)檢)某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲以如圖8甲裝置中的滑塊為對象驗證“牛頓第二定律”，裝置由彈簧測力計、氣墊導(dǎo)軌、兩個光電門、滑塊和砝碼盤(含砝碼)等組成光電門可以測出滑塊的遮光條依次分別通過兩個光電門的時間t1、t2，游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度d，導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測出兩個光電門間的距離L，另用天平測出滑塊、砝碼盤(含砝碼)的質(zhì)量分別為M和m，不計滑輪的重量和摩擦圖8(1)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d如圖乙所示，則d_cm.(2)實驗操作中，下列說法正確的是_A該裝置可以不平衡摩擦力，只需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平B為減小誤差，實驗中一定要保證質(zhì)量m遠小于質(zhì)量MC實驗時，多次在同一條件下重復(fù)實驗取遮光條通過兩光電門時間的平均值，減小系統(tǒng)誤差D如果氣墊導(dǎo)軌水平，則輕推滑塊勻速滑動時通過兩個光電門的時間t1和t2必相等(3)該裝置中彈簧測力計的讀數(shù)F，需要驗證的表達式為F_.(4)對質(zhì)量保持不變的過程，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出滑塊的加速度a與彈簧測力計示數(shù)F的關(guān)系圖像，最符合本實驗實際情況的是_答案(1)1.015(2)AD(3)(4)A解析(1)由圖示游標(biāo)卡尺可知，其示數(shù)為：1 cm30.05 mm10.15 mm1.015 cm.(2)實驗前要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，因摩擦力可忽略不計，則不